銅、鉛、鎘對不同水稻品種種子萌發(fā)的影響

馬孟莉+盧丙越+蘇一蘭+孟衡玲+李春燕

摘要：以17份水稻品種為研究材料，分別用不同濃度的硫酸銅、醋酸鉛和氯化鎘進行脅迫處理，測量處理后不同品種種子發(fā)芽率，以研究銅（Cu）、鉛（Pb）、鎘（Cd）對水稻種子萌發(fā)的影響。結果表明，隨著Cu2+、Pb2+濃度升高，水稻種子發(fā)芽率逐漸降低，且不同品種對Cu2+的耐受性差異顯著，其中Cu2+對水稻種子萌發(fā)的抑制作用更加明顯;Cd2+對水稻發(fā)芽率的影響相對較小，在200 mg/L高濃度處理下發(fā)芽率依然維持在70%以上;各品種重金屬的耐受性比較結果表明，粳稻對銅和鉛的耐性較秈稻強，而鎘脅迫下粳稻和秈稻種子萌發(fā)未表現(xiàn)出明顯的差異。

關鍵詞：水稻;銅;鉛;鎘;種子萌發(fā)

中圖分類號： S511.01 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）04-0079-03

收稿日期：2014-05-03

基金項目：云南省應用基礎研究計劃（編號：2013FZ124）;云南省教育廳科學研究基金一般項目（編號：2013Y066）。

作者簡介：馬孟莉（1985—），女，云南曲靖人，碩士，助教，從事作物栽培、精確農(nóng)業(yè)研究。Tel：（0873）3698575;E-mail：mamlsky@126.com。

通信作者：盧丙越，博士，講師。E-mail：lby202@126.com。

水稻是我國的主要糧食作物，全國一半以上的人口以稻米為主食。近年來，由于工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，重金屬污染問題日趨嚴重，銅、鉛、鎘是土壤中最普遍和危害較強的重金屬。其中銅既是植物生長發(fā)育所必需的微量營養(yǎng)元素，也是重要的環(huán)境污染物之一[1]，適合植物生長的土壤銅含量范圍很窄，土壤中稍微過量的銅就會對植物產(chǎn)生毒害作用[2];鉛和鎘在自然界中廣泛存在，雖然不是植物體必需元素，但能通過植物體的吸收、濃縮，最終通過食物鏈影響人類的健康[3]。有研究表明，鉛、鎘含量超過一定值就會影響水稻種子萌發(fā)、幼苗生長，最終影響稻米產(chǎn)量和品質[4-6]。本研究以17份水稻品種為研究對象，用不同濃度的銅、鉛和鎘進行脅迫處理，研究不同重金屬對水稻種子萌發(fā)的影響，旨在明確銅、鉛和鎘對水稻種子萌發(fā)的影響及各品種耐性差異，篩選重金屬耐性較強的水稻品種，為進一步遺傳研究及品種選育奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

17份水稻品種由南京農(nóng)業(yè)大學水稻研究所及云南省農(nóng)業(yè)科學院提供，其中9311、IR24、滇屯502、凡4、豐優(yōu)2號、紅優(yōu)7號、南京11、培矮64、文稻14、云恢290為秈稻;Asominori、楚粳28、粗根26、金南風、南粳35、日本晴、越光為粳稻。試驗所用的CuSO4·5 H2O、Pb（COOH）2、CdCl2·2.5H2O均為分析純試劑。

1.2 試驗方法

將收獲的成熟種子置于50 ℃烘箱中48 h破除種子休眠，用0.5% NaClO溶液消毒20 min，蒸餾水反復清洗后整齊地排列在鋪有2層濾紙的9 cm培養(yǎng)皿中，每皿100粒，分別加入不同濃度的銅、鉛、鎘溶液15 mL。Cu2+溶液用CuSO4·5H2O配制，濃度分別為50、100、200 mg/L（以Cu2+計）;Pb2+溶液用Pb（COOH）2配制，濃度分別為100、300、600 mg/L（以Pb2+計）;Cd2+溶液用CdCl2·2.5H2O配制，濃度分別為10、20、100、200 mg/L（以Cd2+計）;雙蒸水培養(yǎng)為對照（CK）處理。每個處理設3次重復，于30 ℃和100%相對濕度條件下發(fā)芽，以胚根或胚芽超過半粒種子長作為發(fā)芽標準，統(tǒng)計第7天的發(fā)芽率。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理及圖表繪制，用SPSS 13.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 銅對不同水稻品種種子萌發(fā)的影響

從表1可以看出，隨著銅脅迫濃度升高，各水稻品種發(fā)芽率均呈逐漸下降趨勢，且不同品種對銅的敏感性差異明顯。Asominori、IR24、粗根26、金南風、南粳35、日本晴、越光對銅的耐受性較強，而9311、滇屯502、凡4、豐優(yōu)2號、南京11、文稻14、云恢290在200 mg/L處理濃度下發(fā)芽率為0，表現(xiàn)對銅極強的敏感性。由此可見，粳稻較秈稻對銅脅迫具有更強的耐受性。

2.2 鉛對不同水稻品種種子萌發(fā)的影響

由表2可知，Pb2+濃度為100 mg/L時，各品種仍具有較高的發(fā)芽率，其中部分品種發(fā)芽率與CK相比差異不顯著;當脅迫濃度升高到300 mg/L時，各品種發(fā)芽率與對照相比差異均達到顯著水平，其中凡4、豐優(yōu)2號和文稻14的發(fā)芽率下降到10%以內(nèi)，而南京11和越光的發(fā)芽率依然維持在90%左右;當脅迫濃度升高到600 mg/L時，IR24、紅優(yōu)7號和云恢290的發(fā)芽率也降到10%以內(nèi)，而日本晴和越光的發(fā)芽率依然在80%以上。由此可見，粳稻較秈稻對鉛脅迫具有更強的耐受性，與銅脅迫處理表現(xiàn)相似。

表1 不同濃度的銅脅迫對水稻種子萌發(fā)的影響

品種

水稻種子發(fā)芽率（%）

CK 50 mg/L 100 mg/L 200 mg/L

9311 98.67±0.58a 91.67±0.58b 29.33±1.15c 0.00±0.00d

Asominori 98.00±0.00a 63.33±0.58b 45.67±1.53c 7.67±0.58d

IR24 94.33±6.35a 78.00±2.00b 52.00±1.00c 11.67±1.15d

楚粳28 100.00±0.00a 81.00±1.00b 35.33±2.08c 0.33±0.58d

粗根26 99.67±0.58a 93.33±1.15b 46.33±1.15c 35.33±0.58d

滇屯502 99.33±0.58a 89.67±0.58b 13.33±0.58c 0.00±0.00d

凡4 100.00±0.00a 10.33±0.58b 0.33±0.58c 0.00±0.00c

豐優(yōu)2號 99.00±1.00a 28.67±1.53b 0.00±0.00c 0.00±0.00c

紅優(yōu)7號 100.00±0.00a 45.00±1.00b 8.33±1.53c 4.33±0.58d

金南風 98.67±0.58a 83.67±1.15b 16.33±1.53c 13.33±0.58d

南京11 97.67±0.58a 76.00±1.00b 41.00±1.00c 0.00±0.00d

南粳35 98.67±0.58a 75.67±1.15b 47.67±2.08c 22.00±1.00d

培矮64 97.33±0.58a 60.33±2.52b 3.33±0.58c 1.33±0.58c

日本晴 98.00±1.00a 94.33±0.58b 45.67±0.58c 25.00±1.00d

文稻14 99.00±1.00a 20.67±0.58b 10.67±0.58c 0.00±0.00d

越光 100.00±0.00a 85.33±0.58b 51.00±1.00c 16.00±1.00d

云恢290 99.67±0.58a 58.00±1.73b 1.67±0.58c 0.00±0.00c

注：同行不同小寫字母表示差異顯著（P<0.05）。下表同。

表2 不同濃度的鉛脅迫對水稻種子萌發(fā)的影響

品種

水稻種子發(fā)芽率（%）

CK 100 mg/L 300 mg/L 600 mg/L

9311 98.67±0.58a 98.67±0.58a 81.67±2.52b 21.67±1.15c

Asominori 98.00±0.00a 71.33±1.53b 46.67±1.53c 39.67±1.53d

IR24 94.33±6.35a 92.67±2.08a 72.00±1.00b 7.67±1.53c

楚粳28 100.00±0.00a 95.33±0.58b 87.00±1.00c 73.67±0.58d

粗根26 99.67±0.58a 96.67±0.58b 88.67±0.58c 72.67±2.08d

滇屯502 99.33±0.58a 97.33±0.58a 31.00±2.00b 19.33±0.58c

凡4 100.00±0.00a 96.67±1.15b 6.67±0.58c 0.00±0.00d

豐優(yōu)2號 99.00±1.00a 83.67±1.15b 0.00±0.00c 0.00±0.00c

紅優(yōu)7號 100.00±0.00a 90.33±1.53b 23.67±3.06c 1.67±1.15d

金南風 98.67±0.58a 97.00±1.00a 89.00±1.73b 78.33±1.53c

南京11 97.67±0.58a 90.67±0.58b 91.33±5.77b 69.67±0.58c

南粳35 98.67±0.58a 88.33±1.53b 83.00±2.65c 47.67±0.58d

培矮64 97.33±0.58a 91.67±0.58b 45.00±2.00c 35.67±1.15d

日本晴 98.00±1.00a 90.67±0.58b 84.67±1.53c 84.00±1.00c

文稻14 99.00±1.00a 70.67±1.53b 8.67±1.15c 5.00±1.00d

越光 100.00±0.00a 94.33±1.15b 90.00±2.00c 85.67±0.58d

云恢290 99.67±0.58a 87.00±1.73b 32.67±2.52c 7.00±0.00d

2.3 鎘對不同水稻品種種子萌發(fā)的影響

由表3可以看出，在鎘濃度為5～100 mg/L時，隨著處理濃度升高，各品種的發(fā)芽率既有升高也有降低，無明顯的規(guī)律。在200 mg/L 高濃度脅迫下，各品種的發(fā)芽率與對照組相比均有所下降，表現(xiàn)出一定抑制作用，其中抑制最嚴重的是粗根26，發(fā)芽率降低了27.76%，抑制最輕的是日本晴，發(fā)芽率只降低了0.34%，而多數(shù)品種的發(fā)芽率在高濃度處理下依然維持在90%左右，說明低濃度的鎘溶液對水稻種子的發(fā)芽率影響不大，高濃度的鎘溶液對水稻種子萌發(fā)有一定的抑制作用，但并未表現(xiàn)出明顯的秈粳差異。

表3 不同濃度鎘脅迫對水稻種子萌發(fā)的影響

品種

水稻種子發(fā)芽率（%）

CK 10 mg/L 20 mg/L 100 mg/L 200 mg/L

9311 98.67±0.58a 97.67±0.58a 96.33±1.15b 90.67±0.58c 88.67±0.58d

Asominori 98.00±0.00a 95.67±0.58bc 96.33±0.58b 96.00±0.00bc 95.00±1.00c

IR24 94.33±6.35a 90.67±1.53a 88.33±1.53a 82.33±1.53b 80.33±2.08b

楚粳28 100.00±0.00a 97.33±0.58b 97.33±1.15b 95.00±1.00c 90.67±1.15d

粗根26 99.67±0.58a 81.67±0.58b 80.00±1.00b 75.67±1.15c 72.00±2.65d

滇屯502 99.33±0.58a 98.33±0.58a 95.33±1.15b 95.00±2.00b 90.67±1.53c

凡4 100.00±0.00a 98.00±1.00b 99.33±0.58a 95.67±0.58c 89.00±1.00d

豐優(yōu)2號 99.00±1.00a 98.67±0.58a 97.33±0.58a 97.33±0.58a 95.00±1.73b

紅優(yōu)7號 100.00±0.00a 95.67±0.58b 98.67±0.58a 95.33±1.53b 94.67±0.58b

金南風 98.67±0.58a 95.33±1.15b 97.33±0.58a 95.67±0.58b 93.00±1.00c

南京11 97.67±0.58a 95.67±1.15b 93.67±0.58b 94.33±1.15b 90.33±1.53b

南粳35 98.67±0.58a 98.67±0.58a 98.33±1.15a 97.67±0.58a 95.67±0.58b

培矮64 97.33±0.58a 95.67±1.53b 93.33±0.58b 88.67±1.15c 85.67±1.15d

日本晴 98.00±1.00b 99.67±0.58a 98.67±0.58ab 98.33±0.58b 97.67±0.58b

文稻14 99.00±1.00a 98.67±0.58a 97.67±0.58a 96.00±1.00b 93.33±0.58c

越光 100.00±0.00a 98.33±1.53ab 97.33±0.58b 97.67±1.15b 95.00±1.00c

云恢290 99.67±0.58a 95.67±1.53b 95.33±0.58b 92.67±1.53c 88.33±0.58d

3 結論與討論

種子萌發(fā)是植物生命進程的起點，也是植物最早接受重金屬脅迫的階段[6]。丁園等以先農(nóng)10號、20號、40號為研究材料，用10、20、30、40 mg/L CuSO4·5H2O進行處理，結果表明不同濃度的處理對水稻種子萌發(fā)無明顯的抑制作用[7-8]，這與本研究中銅對水稻種子萌發(fā)具有明顯的抑制作用不一致，可能是因為丁園等的研究材料較少、處理濃度偏低;而劉登義等研究表明高濃度的銅對大豆和小麥種子萌發(fā)具有抑制作用[9]。關于Pb2+對水稻種子萌發(fā)影響的相關報道很多，所得結論也不盡相同[3，4，6，10]，本研究中100 mg/L鉛脅迫下對種子萌發(fā)已有一定的抑制作用，當濃度升高到 300 mg/L 時部分品種的發(fā)芽被嚴重抑制，而當濃度增大到600 mg/L時多數(shù)品種的發(fā)芽率降至50%以下，但也有像日本晴、越光等品種的發(fā)芽率依然保持在80%以上，表明鉛對水稻種子萌發(fā)的抑制作用存在種間差異。已有研究表明，低濃度的鎘能夠促進水稻種子的萌發(fā)，高濃度的鎘對水稻種子萌發(fā)有一定的抑制作用，而在種子萌發(fā)指標中受抑制最輕的是發(fā)芽率[11-13]，本研究中低濃度的鎘對種子萌發(fā)未表現(xiàn)出明顯的促進作用，這與前人研究結果不一致，可能與低濃度的設定值不同有關;高濃度處理下發(fā)芽率略有下降，與前人研究的結果一致。粳稻和秈稻重金屬脅迫耐受性比較分析表明，粳稻較秈稻對銅、鉛有更強的耐性，目前未見類似的報道，這可能與秈粳分化有一定的關系，須進一步研究加以證明;曾翔等對319份水稻品種鎘脅迫進行分析，結果表明，粳稻較秈稻對鎘更敏感，而本研究中粳稻和秈稻對鎘脅迫未表現(xiàn)出明顯的差異[14]。

參考文獻：

[1]常紅巖，孫百曄，劉春生. 植物銅素毒害研究進展[J]. 山東農(nóng)業(yè)大學學報：自然科學版，2000，31（2）：227-230.

[2]蔣桂芳. Cu2+對豌豆種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J]. 北方園藝，2010（5）：49-51.

[3]秦普豐，鐵柏清，周細紅，等. 鉛與鎘對棉花和水稻萌發(fā)及生長的影響[J]. 湖南農(nóng)業(yè)大學學報：自然科學版，2000，26（3）：205-207.

[4]陳振華，張 勝，胡 晉，等. 鉛污染對3個水稻品種種子活力的影響[J]. 中國水稻科學，2005，19（3）：269-272.

[5]何俊瑜，任艷芳，朱 誠，等. 鎘脅迫對不同水稻品種種子萌發(fā)、幼苗生長和淀粉酶活性的影響[J]. 中國水稻科學，2008，22（4）：399-404.

[6]王錦文，邊才苗，陳 珍. 鉛、鎘脅迫對水稻種子萌發(fā)、幼苗生長及生理指標的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2009（4）：77-79.

[7]丁 園，田力偉，羅應錦，等. 銅脅迫對水稻種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J]. 南昌航空大學學報：自然科學版，2008，22（2）：86-89.

[8]丁 園，宗良綱，魏立安，等. 鎘·銅脅迫對不同品種水稻種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2008，36（19）：8052-8054.

[9]劉登義，王友保. Cu、As對作物種子萌發(fā)和幼苗生長影響的研究[J]. 應用生態(tài)學報，2002，13（2）：179-182.

[10]劉 楓. 鉛脅迫對水稻種子萌發(fā)及生理特性的影響[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011（17）：58-59.

[11]何俊瑜，任艷芳，周國強，等. 不同水稻品種種子萌發(fā)期耐鎘性的研究[J]. 華北農(nóng)學報，2010，25（3）：108-112.

[12]陳志德，仲維功，王 軍，等. 鎘脅迫對水稻種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報，2009，25（1）：19-23.

[13]周 青，黃曉華，張 一. 鎘對種子萌發(fā)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境保護，2000，19（3）：156-158.

[14]曾 翔，張玉燭，王凱榮，等. 鎘對水稻種子萌發(fā)的影響[J]. 應用生態(tài)學報，2007，18（7）：1665-1668.